Ионная литография. 
Наноэлектроника

Ионная литография является способом формирования заданного рельефа или топологии с помощью ионного луча (пучка). По сравнению с электронами ионы такой же энергии более эффективно экспонируют резист, и при этом значительно уменьшается эффект близости. Хотя ионы гораздо эффективнее создают вторичные электроны, средняя энергия вторичных электронов и соответственно их диффузионная длина значительно меньше, чем в случае облучения электронами той же энергии. Поэтому эффект близости в ионно-лучевой литографии не является серьезной проблемой. Поскольку ионы очень быстро теряют энергию, глубина их проникновения намного меньше, чем у электронов.

В ионно-лучевой литографии применяются легкие ионы, такие как ионы водорода (Н¹) и гелия (Не"). Источником ионов в проекционных системах обычно служит дуоплазмотрон на легких ионах (Н⁺ или Не⁺). Более тяжелые ионы обычно не применяются, так как их проникновение в резист ограничено намного сильнее, чем легких ионов.

Для создания рисунка в резисте используются три метода:

• 1) коллимированных ионных пучков;
• 2) сфокусированных ионных пучков;
• 3) ионных проекционных систем.

На рис. 4.23 приведены схемы установок ионно-лучевой литографии.

В ионно-лучевой литографии с маскированием коллимированный пучок ионов направляется на покрытую резистом подложку через шаблон-маску.

Слабый эффект близости, высокая чувствительность резиста к ионам и параллельный характер обработки позволяют создавать рисунки с высоким разрешением без потери производительности (см. рис. 4.23).

Рис. 4.23. Схема установок ионно-лучевой литографии с использованием ионно-проекционной системы (а) и коллимированных ионных пучков:

1 — источник ионов; 2 — ионный пучок; 3 — шаблон; 4 — коллимирующая система; 5 — фокусирующая система; 6 — пластина; б — универсальная ионно-лучевая установка «Везувий-1» (СССР) с энергией ионов до 200 кэВ, позволяющая осуществлять ионное легирование полупроводниковых материалов практически любыми примесями Метод литографии остросфокусированным пучком напоминает сканирующую элекроннолитографию и характеризуется более точным управлением пучком. Топология формируется непосредственно на резисте и позволяет исключить использование дорогостоящих шаблонов.

Большие потенциальные возможности имеют комбинированные системы с фокусированным ионным и электронным пучками. Например, с учетом взаимодополняющих свойств ионов и электронов комбинированная система могла бы использоваться в литографическом процессе, в котором небольшие элементы экспонировались бы ионным лучом, обеспечивающим минимальный эффект близости, а большие области — более широким электронным пучком. Исходя из большой глубины проникновения электронов, остросфокусированный электронный пучок в такой системе можно было бы применять для целей совмещения. Ионно-лучевая литография может быть совмещена с процессами локального легирования с целью направленного изменения типа проводимости.

Система ионной проекционной литографии с очень короткой эффективной длиной волны частиц практически не ограничивает разрешающую способность системы: получено разрешение лучше 100 нм в пределах поля размером 3 мм. В таких системах достигается плотность ионного тока порядка 1 мА/см² по сравнению с плотностью 1 А/см² в системах острофокусной ионно-лучевой литографии. Благодаря параллельному характеру процесса ионной проекционной литографии экспонирование одного чипа может составлять несколько секунд.